จะเลือกระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมได้อย่างไร

การกำหนดวัตถุประสงค์ — ระบบนี้คาดว่าจะทำหน้าที่อะไร

ระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์สามารถตั้งค่าให้ทำหน้าที่ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ตัวอย่างเช่น ชั้นวางแบตเตอรี่ลิเทียมเฟอร์โรฟอสเฟตเดียวกันนี้ อาจใช้ลดพีคโหลดของโรงงานลง 200 กิโลวัตต์ หรือใช้เก็บพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินไว้ใช้ในช่วงเย็น หรือแม้แต่ใช้จ่ายไฟฟ้าให้กับระบบทำความเย็นต่อเนื่องแม้ในช่วงที่โครงข่ายไฟฟ้าหยุดให้บริการ เบส การตัดสินใจครั้งแรกในการเลือกระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) ไม่ใช่เรื่องของหน่วยกิโลวัตต์-ชั่วโมง หรือเคมีของเซลล์แบตเตอรี่ แต่เป็นเรื่องของ ‘หน้าที่’ ที่ระบบนี้ถูกจัดซื้อมาเพื่อทำ เพราะแต่ละหน้าที่จะต้องการการคำนวณขนาดที่ต่างกัน ตรรกะการควบคุมที่ต่างกัน และเหตุผลด้านเศรษฐศาสตร์ที่ต่างกัน

การลดพีคโหลด การปรับเปลี่ยนภาระโหลด และระบบสำรองไฟฟ้า

การลดพีค (Peak shaving) เป็นการใช้งานเชิงพาณิชย์ที่พบได้บ่อยที่สุด ค่าธรรมเนียมไฟฟ้าสำหรับภาคธุรกิจและอุตสาหกรรม (C&I) หลายประเภทมีค่าธรรมเนียมตามความต้องการสูงสุด (demand charges) ซึ่งคำนวณจากค่าเฉลี่ยของกำลังไฟฟ้าสูงสุดในช่วง 15 หรือ 30 นาที ภายในรอบเรียกเก็บเงิน เบส ระบบจะถูกตั้งโปรแกรมให้ปล่อยพลังงานในช่วงเวลาดังกล่าว เพื่อลดปริมาณกำลังไฟฟ้า (กิโลวัตต์) ที่วัดได้โดยมิเตอร์ของบริษัทจำหน่ายไฟฟ้า คุณค่าทางเศรษฐกิจที่ได้คือ ค่าธรรมเนียมตามความต้องการที่หลีกเลี่ยงได้ — โดยทั่วไปคิดเป็น 30% ถึง 70% ของค่าไฟฟ้ารวมรายเดือนของสถานประกอบการ การย้ายโหลด (Load shifting) คือ การเก็บพลังงานไว้เมื่อราคาไฟฟ้าต่ำ และปล่อยพลังงานออกเมื่อราคาไฟฟ้าบนโครงข่ายสูง ซึ่งสร้างมูลค่าจากส่วนต่างระหว่างราคาไฟฟ้าช่วงนอกพีคกับช่วงพีค ระบบสำรองไฟฟ้า (Backup power) ให้ความสามารถในการทำงานแบบเกาะ (islanding capability) ขณะเกิดเหตุขัดข้อง เพื่อให้อุปกรณ์ที่จำเป็นยังคงทำงานต่อไปได้เป็นระยะเวลาที่กำหนด — โดยทั่วไปคือ 2 ถึง 4 ชั่วโมง สำหรับสถานประกอบการภาคธุรกิจและอุตสาหกรรมส่วนใหญ่

กรณีศึกษาจริง — โรงงานผลิตลดค่าธรรมเนียมตามความต้องการ

โรงงานฉีดขึ้นรูปพลาสติกแห่งหนึ่งในภูมิภาคกลางตะวันตกของสหรัฐอเมริกา ดำเนินการเครื่องฉีดขึ้นรูปจำนวน 18 เครื่อง ซึ่งมีความต้องการสูงสุดรวมกัน 850 กิโลวัตต์ ค่าธรรมเนียมตามความต้องการของบริษัทจำหน่ายไฟฟ้าคือ 14.50 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ต่อเดือน ค่าธรรมเนียมตามความต้องการเฉลี่ยต่อเดือน 12,325 โรงงานติดตั้งระบบพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) ขนาด 300 กิโลวัตต์ / 600 กิโลวัตต์-ชั่วโมง เบส พร้อมระบบควบคุมการลดพีคโหลด (peak-shaving) ซึ่งปล่อยพลังงานเมื่อความต้องการใช้พลังงานของสถานที่ใกล้เคียงกับ 550 กิโลวัตต์ เพื่อจำกัดค่าพีคโหลดที่วัดได้ที่มิเตอร์ หลังการติดตั้ง ค่าธรรมเนียมความต้องการใช้พลังงานรายเดือนลดลงเหลือ 7,975 — ลดลง 35% 52,000 ทำให้ระยะเวลาคืนทุนแบบง่าย (simple payback) อยู่ที่ประมาณ 4 ปีกว่า ก่อนหักส่วนลดภาษีจากการลงทุนที่มีให้

การกำหนดขนาดระบบ — ความจุ กำลัง และระยะเวลาการใช้งาน

การวิเคราะห์รูปแบบการใช้โหลดและการเลือกขนาดระบบให้เหมาะสม

การกำหนดขนาดระบบ เบส เริ่มต้นด้วยข้อมูลมิเตอร์แบบช่วงเวลา (interval meter data) — ที่มีความละเอียดทุก 15 หรือ 30 นาที ครอบคลุมระยะเวลาการดำเนินงานอย่างน้อย 12 เดือน ข้อมูลดังกล่าวจะแสดงถึงระดับความเข้มข้น ระยะเวลา และช่วงเวลาที่เกิดพีคโหลด สำหรับสถานที่ที่มีพีคโหลดคงอยู่เป็นเวลา 90 นาที จะต้องใช้ระบบพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) ที่สามารถปล่อยพลังงานได้นานอย่างน้อย 90 นาที ที่ระดับกำลังที่กำหนด ความจุพลังงานจึงเท่ากับกำลังที่กำหนดคูณด้วยระยะเวลาที่ต้องการ ปรับลดตามอัตราการปล่อยพลังงานสูงสุด (depth of discharge) ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 80–90% สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เพื่อรักษาอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ การออกแบบระบบที่มีขนาดใหญ่เกินไปจะสูญเสียเงินลงทุนโดยเปล่าประโยชน์ ในขณะที่การออกแบบระบบที่มีขนาดเล็กเกินไปจะไม่สามารถบรรลุศักยภาพในการประหยัดค่าใช้จ่ายที่มีอยู่

การเลือกเคมีของแบตเตอรี่สำหรับภาคธุรกิจและอุตสาหกรรม (C&I)

ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟต (LFP) ครองส่วนแบ่งตลาดภาคธุรกิจและอุตสาหกรรม (C&I) อย่างเด่นชัด เบส โดยมีความเสถียรทางความร้อนสูงกว่าแบตเตอรี่ชนิด NMC — อุณหภูมิที่ทำให้เกิดภาวะความร้อนล้น (thermal runaway) อยู่ที่ประมาณ 270°C เทียบกับ 210°C ของ NMC — และมีอายุการใช้งานนานกว่า โดยสามารถชาร์จ-ปล่อยได้ 4,000 ถึง 6,000 รอบ ขณะยังคงความจุไว้ได้ถึงร้อยละ 80 ข้อแลกเปลี่ยนคือความหนาแน่นพลังงานต่ำกว่า ซึ่งไม่ใช่ประเด็นสำคัญในแอปพลิเคชันแบบคงที่ (stationary applications) นอกจากนี้ ระบบ LFP ยังหลีกเลี่ยงปัญหาด้านห่วงโซ่อุปทานโคบอลต์ที่ส่งผลต่อราคาของแบตเตอรี่ NMC

การผสานรวม การปฏิบัติตามมาตรฐาน และการวางแผนตลอดอายุการใช้งาน

การเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าและมาตรฐานความปลอดภัย

ภาคธุรกิจและอุตสาหกรรม (C&I) เบส ต้องสอดคล้องกับข้อกำหนดการเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าท้องถิ่น — มาตรฐาน IEEE 1547 ในอเมริกาเหนือ และมาตรฐาน EN 50549 ในยุโรป ใบรับรอง UL 9540 ครอบคลุมระบบโดยรวม ใบรับรอง UL 1973 ครอบคลุมโมดูลแบตเตอรี่ และใบรับรอง UL 9540A ครอบคลุมการทดสอบการเกิดเพลิงไหม้ในระดับขนาดใหญ่ มาตรฐาน NFPA 855 ควบคุมความปลอดภัยในการติดตั้ง รวมถึงระยะห่าง การระบายอากาศ และระบบดับเพลิง คำมั่นด้านประสิทธิภาพควรระบุทั้งอายุการใช้งานตามจำนวนรอบ (cycle life) และอายุการใช้งานตามเวลาปฏิทิน (calendar life) โดยปริมาณพลังงานที่ผ่านระบบ (throughput) ควรแสดงเป็นเมกะวัตต์-ชั่วโมง แทนการใช้ภาษาที่คลุมเครือซึ่งอ้างอิงตามระยะเวลา

ขั้นตอนการจัดซื้อที่เป็นรูปธรรม

ห้าคำถามก่อนเลือกระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS)

ข้อแรก ตัวขับเคลื่อนมูลค่าหลักคืออะไร — การลดค่าความต้องการสูงสุด (demand charge reduction), การซื้อขายพลังงานตามช่วงเวลา (energy arbitrage), การสำรองพลังงาน (backup power) หรือเป็นการรวมกันของปัจจัยเหล่านี้? ข้อสอง ข้อมูลมิเตอร์แบบช่วงเวลา (interval meter data) เปิดเผยอะไรเกี่ยวกับขนาดและระยะเวลาของความต้องการสูงสุด? ข้อสาม มีข้อจำกัดด้านพื้นที่และสิ่งแวดล้อมใดบ้าง — ติดตั้งภายในอาคาร ภายนอกอาคาร ช่วงอุณหภูมิที่ใช้งานได้ ระบบระบายอากาศ? ข้อสี่ มีข้อกำหนดใดบ้างสำหรับการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า (interconnection requirements) และระยะเวลาในการอนุมัติคือเท่าใด? ข้อห้า ปริมาณพลังงานที่รับประกันว่าจะส่งผ่าน (committed throughput) คือกี่เมกะวัตต์-ชั่วโมง และข้อตกลงกำหนดความจุเมื่อถึงอายุการใช้งานสิ้นสุด (end-of-life capacity) อย่างไร? การระบุรายละเอียดให้เหมาะสม เบส สามารถคืนทุนได้เองผ่านการลดต้นทุนค่าไฟฟ้า — แต่ก็ต่อเมื่อมีการเลือกขนาด ประเภทเคมีภัณฑ์ และระบบควบคุมที่สอดคล้องกับรูปแบบการใช้โหลดจริง

คำถามที่พบบ่อย

ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) คืออะไร และทำงานอย่างไรในสถานประกอบการเชิงพาณิชย์?

เอ เบส — ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (Battery Energy Storage System) — เก็บพลังงานไฟฟ้าไว้ในแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จใหม่ได้ และปล่อยพลังงานออกมาเมื่อจำเป็น สำหรับสถานประกอบการเชิงพาณิชย์ ระบบนี้ช่วยลดค่าธรรมเนียมความต้องการสูงสุดโดยการปล่อยพลังงานในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูง ย้ายการใช้พลังงานจากช่วงเวลาที่มีอัตราค่าไฟฟ้าสูงไปยังช่วงเวลาที่มีอัตราค่าไฟฟ้าต่ำ และให้พลังงานสำรองในกรณีที่ระบบจำหน่ายไฟฟ้าขัดข้อง

จะกำหนดขนาดที่เหมาะสมสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์ได้อย่างไร

การกำหนดขนาดต้องอาศัยข้อมูลการวัดโหลดจากมิเตอร์แบบช่วงเวลา (interval meter data) ที่มีความละเอียดทุก 15 หรือ 30 นาที เป็นระยะเวลาอย่างน้อย 12 เดือน ข้อมูลดังกล่าวจะแสดงถึงขนาดและระยะเวลาของความต้องการสูงสุด กำลังไฟที่ตั้งเป้าหมาย (หน่วยกิโลวัตต์) คูณด้วยระยะเวลา (หน่วยชั่วโมง) แล้วปรับตามอัตราการคายประจุสูงสุด (80% ถึง 90%) จะได้ความจุพลังงาน (หน่วยกิโลวัตต์-ชั่วโมง)

เหตุใดเคมีชนิด LFP จึงเป็นที่นิยมสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์

ลิเธียมเฟอร์โรฟอสเฟต (LFP) มีความเสถียรทางความร้อนสูงกว่า — อุณหภูมิที่อาจเกิดการลุกลามของความร้อน (thermal runaway) อยู่ที่ประมาณ 270°C — มีอายุการใช้งานนานกว่า 4,000 ถึง 6,000 รอบการชาร์จ-คายประจุ และไม่พึ่งพาซัพพลายเชนโคบอลต์ ความหนาแน่นพลังงานที่ต่ำกว่านั้นไม่สำคัญนักในระบบคงที่ เบส การใช้งานมากกว่าในยานยนต์ไฟฟ้า

ระบบกักเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์ (BESS) ควรได้รับการรับรองด้านความปลอดภัยใดบ้าง

สำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ เบส ควรมีการรับรองระดับระบบตามมาตรฐาน UL 9540 มีการรับรองโมดูลแบตเตอรี่ตามมาตรฐาน UL 1973 และมีการรับรองการทดสอบการลุกลามของเพลิงในขนาดใหญ่ตามมาตรฐาน UL 9540A การติดตั้งต้องสอดคล้องกับข้อกำหนด NFPA 855 ในทวีปอเมริกาเหนือ ซึ่งครอบคลุมระยะห่าง การระบายอากาศ และระบบดับเพลิง

การลงทุนในระบบกักเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์ (BESS) จะคืนทุนภายในระยะเวลาเท่าใด

ระยะเวลาคืนทุนแบบง่ายโดยทั่วไปสำหรับการลดพีคโหลด เบส ในการติดตั้งในตลาดที่มีค่าธรรมเนียมความต้องการ (demand charges) สูงกว่า 10 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์-เดือน อยู่ระหว่าง 3 ถึง 7 ปี ส่วนเครดิตภาษีจากรัฐบาลกลาง แรงจูงใจจากหน่วยงานรัฐ และโครงการตอบสนองความต้องการของบริษัทจำหน่ายไฟฟ้าสามารถลดระยะเวลาคืนทุนให้เหลือ 2 ถึง 4 ปี ทั้งนี้ การคำนวณที่แม่นยำจำเป็นต้องอาศัยข้อมูลช่วงเวลาเฉพาะของสถานที่และวิเคราะห์โครงสร้างอัตราค่าไฟฟ้า

ระบบกักเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์ (BESS) สามารถจ่ายพลังงานสำรองในช่วงที่ระบบไฟฟ้าหลักหยุดทำงานได้หรือไม่

ใช่ ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) สามารถให้พลังงานสำรองได้เมื่อติดตั้งพร้อมความสามารถในการทำงานแบบเกาะ (islanding capability) และสวิตช์เปลี่ยนแหล่งจ่ายอัตโนมัติ (automatic transfer switch) ระบบจะต้องมีขนาดเหมาะสมกับโหลดที่จำเป็นต่อการดำเนินงาน (critical load) เท่านั้น — ไม่ใช่โหลดทั้งหมดของสถานที่ — และระยะเวลาที่ให้พลังงานสำรองจะขึ้นอยู่กับความจุพลังงานหารด้วยกำลังไฟฟ้าของโหลดที่จำเป็นต่อการดำเนินงาน โดยส่วนใหญ่แล้ว ระบบสำหรับภาคการค้าและอุตสาหกรรม (C&I) จะออกแบบให้สามารถจ่ายพลังงานสำรองได้นาน 2 ถึง 4 ชั่วโมง